混凝土结构基本原理G.pptx
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1、混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.2.钢筋的基本力学性能;钢筋的基本力学性能;钢筋的基本力学性能;钢筋的基本力学性能;本章主要介绍:本章主要介绍:1.1.混凝土的基本力学性能;混凝土的基本力学性能;混凝土的基本力学性能;混凝土的基本力学性能;3.3.钢筋与混凝土的共同工作性能。钢筋与混凝土的共同工作性能。钢筋与混凝土的共同工作性能。钢筋与混凝土的共同工作性能。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工
2、程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度单轴向应力状态下的混凝土强度单轴向应力状态下的混凝土强度单轴向应力状态下的混凝土强度强度强度强度强度:结构材料所能承受的结构材料所能承受的极限应力极限应力极限应力极限应力。影
3、响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素内内因因:水水泥泥强强度度、骨骨料料特特性性、级级配配、水水灰灰比比、成成型型方方法、龄期、法、龄期、试件尺寸、形状试件尺寸、形状试件尺寸、形状试件尺寸、形状 等等;外外因因:养养护护环环境境、试试验验方方法法、受受力力状状态态、加加载载速速率率等等混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能(1)(1)立方体抗压强度和强度等级立方体抗压强度和强度等级a)立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu(cube)(单位:(
4、单位:N/mm2、MPa)标准试件标准试件:边长为边长为150mm的的立方体立方体 标准养护条件标准养护条件:温度:温度203、相对湿度、相对湿度90、养护、养护28天天 标准试验方法标准试验方法:标准加载速率、试件表面不涂油在上述条:标准加载速率、试件表面不涂油在上述条 件下测得的抗压强度为件下测得的抗压强度为 fcu。b)混凝土强度等级混凝土强度等级 CXX1.1.1.1.混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力
5、学性能混凝土结构材料的物理力学性能 按按立立方方体体抗抗压压强强度度标标准准值值f fcu,cu,k k 划划分分混混凝凝土土的的强强度度等等级级,混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范GB50010-2010规规定定有有:C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80,共共14个等级。个等级。CXX中的中的XX即为即为f fcu,kcu,k ,单位为,单位为N/mm2。2.影响立方抗压强度的因素影响立方抗压强度的因素a)压力机垫板的摩擦压力机垫板的摩擦 现象现象:压力机垫板与混凝土试块的:压力机垫板与混凝土试块的弹性模量弹性模量和
6、和横向变形系数横向变形系数不同不同 而产生而产生“套箍作用套箍作用”混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能 原因原因:试件受压产生纵向压缩、横向膨胀,受压试件的上:试件受压产生纵向压缩、横向膨胀,受压试件的上 下下表表面面受受到到垫垫板板向向内内的的摩摩擦擦力力,阻阻碍碍试试件件横横向向变变形形,就就如如在在试试件件上上下下端端设设置置了了一一个个“套套箍箍”。破破坏坏时时试试件件中中部部外外围围混凝土的横向变形受约束小,首先发生剥落。混凝土的
7、横向变形受约束小,首先发生剥落。影影响响机机理理:“套套箍箍作作用用”约约束束横横向向变变形形限限制制裂裂缝缝开开展展 强度提高。强度提高。思考思考:如果试件的尺寸变小(或变大),这种:如果试件的尺寸变小(或变大),这种“套箍作用套箍作用”对混凝土强度的影响变化?对混凝土强度的影响变化?如果将试件的高度加大如果将试件的高度加大,这种这种“套箍作用套箍作用”对强度对强度 的影响如何变化?的影响如何变化?混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土
8、立方体强度随龄期的变化混凝土立方体强度随龄期的变化1在潮湿环境下;在潮湿环境下;2在干燥环境下在干燥环境下b)加载速度加载速度加载速度越快,测得强度越高(变形发展不充分)。加载速度越快,测得强度越高(变形发展不充分)。c)龄期与环境条件龄期与环境条件龄龄期期越越长长、环环境境越越潮潮湿湿,强强度度越越高高(混混凝凝土土强强度度随随时时间间的的增长有增长有“先快后慢先快后慢”的规律)。的规律)。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)轴心抗压强
9、度(棱柱体抗压强度)轴心抗压强度(棱柱体抗压强度)fc (compression)(compression)标准试件标准试件:150mm 150mm 300mm的的棱柱体棱柱体标准养护条件标准养护条件标准试验方法标准试验方法在上述条件下测得的抗压强度为在上述条件下测得的抗压强度为 f fc cb)轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 f fckckc)轴心抗压强度的工程意义轴心抗压强度的工程意义高宽比对试件的强度有影响高宽比对试件的强度有影响标准棱柱体试件基本消除了标准棱柱体试件基本消除了压力机垫板压力机垫板和和附加偏心影响附加偏心影响多数实际受压构件的几何尺寸关系倾向于棱柱体多数实际受压构件
10、的几何尺寸关系倾向于棱柱体3.3.3.3.轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)试验结果试验结果 试验值试验值 f f 0 0c c 和和和和 f f 0 0cu cu 的统计平均值大致呈线性关系的统计平均值大致呈线性关系b)规范公式(基于强度标准值)规范公式(基于强度标准值)式中:式中:a ac1c1 棱柱体与立方体抗压强度之比(棱柱体与立方体抗压强度之比(C50及以下及以下 取取0.76,
11、C80取取0.82,其间线性内插),其间线性内插)a ac2c2 高强混凝土的高强混凝土的脆性折减系数脆性折减系数脆性折减系数脆性折减系数(C40及以下取及以下取 1.0,C80取取0.87,其间线性内插),其间线性内插)0.880.88考虑实际构件与试件间差异(制作、养护、考虑实际构件与试件间差异(制作、养护、运输和受力条件等)引入的运输和受力条件等)引入的修正系数修正系数修正系数修正系数4.4.4.4.轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理
12、混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能试件试件直径直径6in高高12in (直径(直径152mm高高305mm)的圆柱体)的圆柱体采用采用采用采用国家国家国家国家 美国、日本、欧洲混凝土协会(美国、日本、欧洲混凝土协会(CEB)f f ckck与与 fcu,k 的换算关系的换算关系式中:式中:a aC60以下以下0.79,C60取取0.833,C70取取0.857,C80取取0.8755.5.圆柱体试件的轴心抗压强度圆柱体试件的轴心抗压强度 f f c c混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土
13、结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)试验方法试验方法直拉试验、劈裂试验直拉试验、劈裂试验直拉与劈裂试验方法结果的比较直拉与劈裂试验方法结果的比较n劈拉强度略大于直拉强度;劈拉强度略大于直拉强度;n劈拉强度与试件尺寸有关;直拉强度受试件对中、劈拉强度与试件尺寸有关;直拉强度受试件对中、局部粘局部粘结情况等因素影响较大,不易控制。结情况等因素影响较大,不易控制。b)试验结论试验结论混混凝凝土土轴轴心心抗抗拉拉强强度度约约为为立立方方体体抗抗压压强强度度的的1/20 1/8,随混凝土强
14、度等级的提高,随混凝土强度等级的提高,ft/fcu的比值下降。的比值下降。ftk与与 fcu,k的关系的关系6.6.混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度 f ft t(tensiontension)混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1.3 2.1.3 2.1.3 2.1.3 复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度1.1.平面应力状态平面
15、应力状态混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院(1)平面主应力状态平面主应力状态 Kupfer试验试验 双向受压应力状态下双向受压应力状态下 相互相互约束了横向变形,受压强度比单向受压约束了横向变形,受压强度比单向受压最可提高最可提高最可提高最可提高近近近近30%30%。2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院拉压应力状态下拉压应力状态下 拉应力拉应力加大了另一向的受压横向变形,抗拉加大了
16、另一向的受压横向变形,抗拉和抗压强和抗压强和抗压强和抗压强 度度度度均分别低于单轴抗拉、压时的均分别低于单轴抗拉、压时的均分别低于单轴抗拉、压时的均分别低于单轴抗拉、压时的强度强度强度强度。2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能双向受拉应力状态下双向受拉应力状态下 相互相互影响不大,强度与单轴向抗拉强度接近。影响不大,强度与单轴向抗拉强度接近。混凝土结
17、构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能Kupfer曲线曲线混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能双向受压应力状态下双向受压应力状态下 相互约束了横向变形相互约束了横向变形受压强度比单向受压最受压强度比单向受压最 多可提高约多可提高约多可提高约多可提高约30%30%。拉压应力状态下拉压应力状态下 拉应力加
18、大了另一向的受压横向变形拉应力加大了另一向的受压横向变形抗拉抗抗拉抗 压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。压强度均分别低于单轴向拉、压时的强度。双向受拉应力状态下双向受拉应力状态下 相互影响不大相互影响不大强度与单轴向抗拉强度接近。强度与单轴向抗拉强度接近。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能主要特征主要特征a)存在存在时时,抗拉和抗压强度均低于单轴向抗拉抗拉和抗压
19、强度均低于单轴向抗拉 f t 和抗压强和抗压强度度 f cb)压应力压应力0.6 f c 时时,抗剪强度随压应力,抗剪强度随压应力的增大(或轴向的增大(或轴向拉应力的减小)而增大拉应力的减小)而增大c)压应力压应力 0.6 f c 后后,抗剪强度随压应力,抗剪强度随压应力的增大而减小的增大而减小d)当压应力或拉应力当压应力或拉应力 0时时,抗剪强度,抗剪强度 0.1 f c(2)(2)平面剪压(或平面剪压(或平面剪压(或平面剪压(或剪剪剪剪拉)应力状态拉)应力状态拉)应力状态拉)应力状态混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年
20、8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能(3)三向受压三向受压三向受压三向受压状态状态状态状态混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能a)侧向压应力侧向压应力 约束了混凝土的横向变形,限制约束了混凝土的横向变形,限制 了裂缝的形成和发展了裂缝的形成和发展混凝土抗压强度大大提混凝土抗压强度大大提混凝土抗压强度大大提混凝土抗压强度大大提高高高高 。c)当侧向压应力当侧向压应力 较低时,上式中的侧向压应力较低时
21、,上式中的侧向压应力 系数值较高。系数值较高。b)当侧向压应力当侧向压应力 不很大时,不很大时,f cc 的的经验公式经验公式为:为:混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形预备概念预备概念体体积积变变形形:硬硬化化过过程程中中的的收收缩缩及及随随温温、湿湿度度变变化产生的变形。化产生的变形。受受受受力力力力变变变变形形形形:一一一一次次次次短短短短期期期期加加加加载载载载、荷荷荷荷载载载载长长长长期期期期作作
22、作作用用用用或或或或多多多多次重复荷载作用下的变形。次重复荷载作用下的变形。次重复荷载作用下的变形。次重复荷载作用下的变形。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能(1 1 1 1)混凝土受压应力应变曲线)混凝土受压应力应变曲线)混凝土受压应力应变曲线)混凝土受压应力应变曲线 a)a)a)a)试验方法试验方法试验方法试验方法采用棱柱体试件,用具有伺服装置的试验机获得应力采用棱柱体试件,用具有伺服装置的试验机获得应力应变曲线的下降段。应变曲线的下降
23、段。1.1.1.1.短期单调加载下混凝土的变形性能短期单调加载下混凝土的变形性能短期单调加载下混凝土的变形性能短期单调加载下混凝土的变形性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能b)受压应力应变全曲线的特征受压应力应变全曲线的特征上升段上升段OOA A原点原点比例比例极限点极限点应力应变关系接近应力应变关系接近直线直线,变形主要为骨料和水泥结晶变形主要为骨料和水泥结晶体受力产生的体受力产生的弹性变形弹性变形比例极限点应力比例极限点应力通通常为常
24、为0.30.30.4 0.4 f fc c(普普普普通强度混凝土通强度混凝土通强度混凝土通强度混凝土)A AB B比例极限点比例极限点临界点临界点微裂缝微裂缝稳定扩展稳定扩展阶段阶段,应变应变的增长速度超过应力,应力的增长速度超过应力,应力应变关系呈现应变关系呈现一定的塑性一定的塑性特征特征临界点应力临界点应力作为长作为长期抗压强度的依据,期抗压强度的依据,通常为通常为0.70.70.8 0.8 f fc cB BC C临界点临界点应应力峰值点力峰值点裂缝裂缝不稳定扩展不稳定扩展阶段,应变阶段,应变快速增长,应力应变关系快速增长,应力应变关系呈现出呈现出显著的塑性特征显著的塑性特征峰值应力即峰
25、值应力即 f fc c对应的应变对应的应变 c c0.00150.00150.00250.0025,通常取通常取 0.0020.002混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理土木工程学院土木工程学院2024年年8月月25日日第第2章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能下降段下降段C CD D应力峰值点应力峰值点拐点拐点裂缝迅速发展,内部结构严裂缝迅速发展,内部结构严重破坏,应变增长不太大而重破坏,应变增长不太大而应力迅速下降,曲线形状下应力迅速下降,曲线形状下凹,凹,平均应力强度显著下降平均应力强度显著下降拐点拐点下降段形下降段形态的态的
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